基于尿液代谢组学对胃癌诊断及转转移的研究

摘要

目的：
　　 胃癌仍是当今世界最常见的致死性肿瘤之一，是全球第二大癌症致死性疾病。早期胃癌及胃癌的复发、转移缺乏特异性的临床症状，诊断十分困难。临床上发现的胃癌绝大多数已处于进展期，病死率高，严重危害人民健康。然而，胃癌的发病机制尚未完全明确，在缺乏有效的一级预防情况下，二级预防中的早期诊断及早期发现复发、转移就显得尤为重要。目前内镜检查结合活组织病理检查说是诊断胃癌最成熟、最有效的方法，但此种方法的准确性尚依赖于内镜医师的经验，且由于我国人口众多，胃镜的普查暂不符合我国的国情，因此寻找更加方便和准确的胃癌诊断方法意义重大。近年来由于代谢组学(metabolomics)的发展为疾病的诊断提供了新的方法和途径。代谢组学是后基因组学领域，旨在分析生物体内低分子量化合物的一种先进技术，并试图通过该方法筛选出更具有诊断价值的生物标志物(biomarker)。本实验通过检测不同分组胃癌模型动物尿液中的代谢轮廓，将其与正常组动物相比较，筛选出具有诊断意义的代谢物，尝试性构建尿液的胃癌诊断模型和胃癌转移模型，并探讨胃癌尿液代谢变化的规律和意义。
　　 方法：
　　 将24只重度联合免疫缺陷小鼠(severe combined immune deficiency，SCID mice)随机分为3组：正常组8例，非转移组8例，转移组8例。非转移组是将人胃癌SGC-7901细胞种植在小鼠左侧腋下皮肤，转移组是将人胃癌SGC-7901细胞正位移植在小鼠胃的浆膜层。采用气象色谱技术(gas chromatography/mass spectrometry，GC/MS)检测3组尿液中代谢物的变化，利用仪器附带的NIST质谱仪对色谱图中色谱峰进行定性定量分析。所有的GC-MS原始文件多变量分析之前使数据标准化，合成的三维矩阵包括峰指数，样本名称和标准的峰面积百分比，引入SPSS16.0，应用主要成分分析(principal component analysis，PCA)直观地观察代谢产物信息，同时建立尿液的胃癌诊断模型和胃癌转移模型。
　　 结果
　　 1.胃癌组(即非转移组和转移组)尿液代谢轮廓较正常组有明显变化：与正常组相比，乳酸(lactic acid)、丁酸(butanoic acid)、丙酸(propanoic acid)、甘油(glycerol)、吡啶(pyrimidine)、琥珀酸(butanedioic acid)、苹果酸(malic acid)、柠檬酸(citricacid)、棕榈酸(hexadecanoic acid)、尿酸(uric acid)在胃癌组的尿液中水平显著提高(P<0.05)，所构建的胃癌诊断模型ROC(receiver operating characteristic)曲线示曲线下面积(area under the curve，AUC)为1.00。2.非转移组和转移组的尿液也存在着明显的代谢变化：与非转移组相比，丙氨酸(alanine)、丁酸(butanoic acid)、甘油(glycerol)、L-脯氨酸(L-proline)、L-苏糖酸(L-threonic acid)水平显著下降(P<0.05)；而琥珀酸(butanedioic acid)，肌醇(myo-inositol)水平在转移组的尿液中显著提高(P<0.05)，构建的胃癌转移模型ROC曲线示AUC为1.00。
　　 结论
　　 气相色谱技术揭示了正常及胃癌动物模型尿液代谢轮廓的详细信息，从而说明了该种方法的可行性。同时PCA模型可以判定胃癌尿液的代谢差异特征。此外，有七种代谢物被筛选出来，并以此构建出区别非转移及转移胃癌的诊断模型。据我们了解，采用GC/MS技术进行胃癌尿液代谢组学研究尚属第一次报道。基于本次试验研究，我们相信，该方法在未来的胃癌早期诊断及转移或复发的筛查中将起到至关重要的作用。